STM32 HAL库 GPIO Pin 电平反转详解：完全理解参考手册与寄存器操作

1.简介

在hal库中我们经常会用到HAL_GPIO_TogglePin这个翻转电平的函数，对IO口的输出电平进行反转，但大部分初学者也只止步于会用 对底层函数和如何结合参考手册来配置寄存器并没有深入的了解，所以本人今天尝试用一篇文章进行讲解。

2.讲解部分

读懂底层函数HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) 以hal库为例。

我们来看这个函数，第一这是个无返回值的函数，有两个参数，第一个参数是一个指向GPIO_Typedef结构的指针GPIOX，第二个参数是一个uint16_t 类型的变量GPIO_Pin，进入函数定义了一个uint32_t类型的变量 odr ，然后就是检测GPIO口是否正常，odr = GPIOx->ODR; 将GPIOX这个结构体中的ODR寄存器的值赋值给odr这个变量，我们继续来学习ODR这个寄存器

 从参考手册中我们可以知道的是，这个寄存器是与端口输出值有关的寄存器，通过读取这个寄存器，我们可以知道某个具体的GPIO口的输出值，然后就是该寄存器总共有32位（对应32单片机），前16位保存，后16可以进行读取和编写，后16的每一位都依次对应某个GPIO端的16个IO口 如GPIOA的pin0~pin15。

下一句话GPIOx->BSRR = ((odr & GPIO_Pin) << GPIO_NUMBER) | (~odr & GPIO_Pin); ，我们将一串复杂的操作符的值赋值给了GPIOx->BSRR寄存器，我们继续来学习这个寄存器 这个寄存器的名字叫做端口位设置或清除寄存器，顾名思义这个寄存器是用来配置端口的输出值的，总共有32位，我们分为低16位和高16位

1）置GPIOA->BSRR低16位的某位为’1’，则对应的I/O端口管脚置’1’；

置GPIOA->BSRR低16位的某位为’0’，则对应的I/O端口管脚保持不变。

2）置GPIOA->BSRR高16位的某位为’1’，则对应的I/O端口管脚置’0’；

从上面的话中我们可以知道的时候低16位，我们只要写入1相应的IO口就会输出高电平，而高16位 我们只要写入1它对应的IO口输出低电平也就是输出0

 我们继续来看它的运算操作 ((odr & GPIO_Pin) << GPIO_NUMBER) | (~odr & GPIO_Pin);这是一段复杂的运算操作我们一句一句看，(odr & GPIO_Pin) << GPIO_NUMBER) 将odr与GPIO_Pin按位与操作，然后再将按位与操作之后的数值左移GPIO_NUMBER 个位置，即16个位置，如下图中的宏定义（），然后继续将这个结果与~odr & GPIO_Pin 取或操作，~odr & GPIO_Pin 这句话是先对~odr 进行取反操作后再与GPIO_Pin 进行按位与操作，我们用实际列子进行讲解

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_Pin_0);且默认输出高电平 我们传入两个参数 GPIOA，GPIO_Pin_0,,此时我们GPIOx->ODR的值为0x01（16进制 因为我们上面说了默认输出高电平所以时0x01第一位是1）, GPIO_Pin_0,对应的宏定义为，对应的数值为0x0001。

我们对这两个数值进行按位与(odr & GPIO_Pin_0)得到0x0001,然后再对0x0001进行16位移位操作，变为0x10000(注移位时要先将其转换为二进制进行移位) ，

(~odr & GPIO_Pin)  对odr进行取反操作，变为1111111111111110与GPIO_Pin_0,,进行按位与操作得到0x00(全部为0)，最后将0x00与0x10000进行按位或操作，得到0x10000最后将这个值写入GPIOx->BSRR这个寄存器，我们刚才讲过这个寄存器，将0x10000写入后，该寄存器的17位写为1（高位），根据我们上面的讲解，高16位写1会输出低电平，那这样我们的PIN 0就会输出一个低电平，也就实现了我们的反转电平的操作，因为我们刚才说刚开始的时候输出高电平，现在经过一系列运算输出变为了低电平。

作者：逃课当码农